JP2018123393A - 熱処理方法およびこれに用いる歪み抑制治具 - Google Patents

Abstract

【課題】リング状部を有する被処理製品を、歪みを確実に抑制して熱処理できる熱処理方法、およびこれに用いる歪み抑制治具を提供する。【解決手段】歯車（被処理製品）Ｗ１を支持する通気構造のラック（支持手段）５の表面に載置される円筒部１２と、該円筒部１２の上端に位置し且つ上記歯車Ｗ１のリング状部８を下側から支持して、該リング状部８の軸方向に沿った熱的変形を抑制する単一の平面からなる円周面１１と、前記リング状部８の径方向に沿った熱的変形を抑制する円環形状の規制部Ｋと、を備えている、歪み抑制治具１０ａ。【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、少なくともリング状部を有する被処理製品の熱処理方法およびこれに用いる歪み抑制治具に関する。

例えば、金属からなる複数のギヤホイールなどのワークピースを格子状の荷台（ラック）上に載置し、該荷台を挟んで対向する２つの発熱体の間に挿入した状態で、上記ワークピースを所定の温度域に加熱し、且つ炭素含有ガスに曝す浸炭処理あるいは窒素含有ガスに曝す窒化処理を施した後、ガス冷却するワークピースを硬化する方法および装置ならびに硬化されたワークピースの発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前記ワークピースを硬化する方法では、該ワークピースを加熱し且つ浸炭処理あるいは窒化処理した後に冷却する一連の熱処理プロセスにおいて、上記ワークピースが受ける熱的変化に伴って生じる歪み変形に対処するには、前記装置に含まれる冷却室中で冷却すべきワークピースの上に該ワークピースの形状に適合した機械的な固定装置を配置する方法が採られている。そのため、例えば、前記ギヤホイールのように、複雑で且つ精緻な形状である歯付近が所定の形状から逸脱していた場合、前記熱処理後に上記ギヤホイールの歯付近を機械加工および研磨する後処理工程が必要となるため、コスト高になる、という問題があった。

一方、マルエージング鋼からなり、例えば、追って無段変速機のベルトとなる円筒形状の金属リングにおける両端縁間の周長差を低減するため、前記金属リングの内周側に金属リング保持部材の円筒状部を挿入し、且つ該金属リングにおいて周長の短い端縁を前記保持部材の円筒状部における下端の外周側に張り出した鍔状部の上に平置きし、上記円筒状部を介して上方に前記同様にセットした他の金属リングおよび他の金属リング保持部材の組を積層すると共に、かかる他の保持部材の鍔状部と、下層側に位置する上記金属リングの周長の長い端縁との隙間を１〜２ｍｍの範囲にした状態で、上下に積層した複数の金属リングを溶体化処理（熱処理）する熱処理方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、前記熱処理方法では、前記溶体化処理された複数の前記金属リングを前記保持部材と共に冷却する際において、該金属リングにおいて周長が短い端縁は、前記鍔状部に接触するため冷却収縮が抑制され、且つ該周長が長い端縁は、無接触のため大きく冷却収縮することにより、両端縁間の周長差を低減するに留まる。そのため、例えば、歯車のような複雑で精緻な形状および寸法が求められる被処理製品を、歪みを確実に抑制して熱処理する場合には、不十分であった。

特表２０１３−５０４６８６号公報（第１〜３２頁、図１〜１１） 特開２００２−１７３７１３号公報（第１〜４頁、図１〜２）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、例えば、鋼製などの歯車のような複雑で精緻な形状および寸法が求められ、且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を、歪みを確実に抑制して熱処理できる熱処理方法、およびこれに用いる歪み抑制治具を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、少なくとも被処理製品のリング状部を、該リング状部の径方向に沿った単一の平面の円周面で支持し、且つ前記リング状部の軸方向に沿った円環形状の規制部により該リング状部の径方向に沿った歪みを抑制する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の熱処理方法（請求項１）は、金属製で且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を熱処理するための熱処理方法であって、前記リング状部の軸方向が垂直方向に沿った上記被処理製品を、該被処理製品を支持する支持手段の表面よりも上方に配置し、当該被処理製品の上記リング状部に生じ得る軸方向および径方向に沿った熱的変形を、前記リング状部の径方向に沿った単一の平面からなる円周面と、前記リング状部の軸方向に沿った円環形状の規制部とによって抑制する、ことを特徴とする。

前記熱処理方法によれば、以下の効果（１）を得ることが可能となる。
（１）金属製で且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を支持手段の表面よりも上方で支持し、前記リング状部の径方向に沿った単一の平面からなる円周面によって、上記リング状部に生じ得る軸方向に沿った熱的変形（歪み）を抑制できると共に、上記リング状部の軸方向に沿った円環形状の規制部によって、上記リング状部に生じ得る径方向に沿った熱的変形を抑制することもできる。従って、前記リング状部における軸方向および径方向の双方に沿った歪みが許容範囲内に容易且つ確実に納められる熱処理を提供することができる。

尚、前記被処理製品は、全体が円筒形状、リング（円環）形状またはパイプ形状を呈する前記リング状部を含み、例えば、歯車、内歯車、プーリー（滑車）、ホイール、スプロケット、エンドミル、あるいはフライスなどである。
また、前記熱処理は、焼入れ、焼戻し、焼なまし、焼ならし、浸炭処理、窒化処理、溶体化処理、あるいは、これらの何れか２つ以上を組み合わせた処理の何れかである。換言すると、前記熱処理は、少なくとも、被処理製品を所要温度域に加熱する加熱ステップと、該加熱ステップの後で前記被処理製品を冷却する冷却ステップと、を含んでいる。
更に、前記被処理製品を構成する金属材料は、例えば、炭素鋼、機械構造用鋼、工具鋼などの特殊鋼、アルミニウムまたはその合金、あるいは、チタンまたはその合金などである。
また、前記被処理製品は、支持手段の表面上に載置され、バッチ式の熱処理炉、またはトンネル式の連続熱処理炉に装入されることで、前記熱処理を施される。
更に、前記支持手段は、通気構造のトレイ、ラック、または敷き板、通気構造の床部を有するパレット、あるいは横移動が可能なメッシュベルトなどである。
加えて、前記歪みとは、前記被処理製品の径方向および軸方向における少なくとも一部の寸法が許容範囲を逸脱することを指す。

一方、本発明の歪み抑制治具（請求項２）は、金属製で且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を熱処理する際に、該熱処理によって生じ得る歪みを抑制するための歪み抑制治具であって、上記被処理製品を支持する支持手段の表面に載置される円筒部と、該円筒部の上端または上端付近に位置し且つ上記被処理製品のリング状部を下側から支持して、該リング状部の軸方向に沿った熱的変形を抑制する単一の平面からなる円周面と、上記リング状部の径方向に沿った熱的変形を抑制する円環形状の規制部と、を備えている、ことを特徴とする。
前記歪み抑制治具によれば、以下の効果（２）を奏することが可能となる。
（２）比較的簡素な構造にて熱媒体や冷媒が通過し易く、且つ低コストにより制作可能な前記歪み抑制治具により、前記効果（１）を奏する熱処理を、多種多様な形態を備えた被処理製品に対し、確実に且つ効率良く施すことが可能となる。

尚、前記歪み抑制治具は、耐熱性で且つ熱的変形が比較的小さい合金鋼（例えば、ステンレス鋼、Ｆｅ−３６％Ｎｉのような低熱膨張合金）、あるいはセラミック（例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、超硬）などからなる。
また、前記歪み抑制治具における単一の平面からなる円周面は、平面視で半径が異なる２つの同心円の間に挟まれた円環状の平面である。
更に、前記歪み抑制治具における円環形状の規制部は、被処理製品のリング状部に対し最小限の隙間を介して、該リング状部における軸方向に沿った内周面あるいは外周面に近接するように配置される。

また、本発明には、前記規制部は、前記円周面に隣接する前記円筒部の外周面または内周面であるか、あるいは、上記円周面に隣接する上記円筒部の外周側または内周側に沿った段部を有し、且つ該段部に隣接する上記円筒部の軸方向に沿った外周面または内周面である、歪み抑制治具（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記効果（１）のうち、前記円環形状の規制部によって前記リング状部に生じ得る径方向に沿った熱的変形を容易に抑制できる熱処理を行えるので、前記効果（２）をより確実に奏することが可能となる。
尚、前記段部の水平面である径方向に沿った円環形の周面は、単一の平面からなり、且つ前記円周面をも兼ねている。即ち、前記被処理製品におけるリング状部の軸方向に沿った断面形状が単純な矩形（長方形あるいは正方形）状であっても、前記段部である円周面における径方向の外周側または内周側によって、上記リング状部の底面の少なくとも一部を下側から確実に支持することができる。

更に、本発明には、前記円筒部の中空部における中心側に、前記被処理製品のリング状部の中心側に位置する軸部あるいはその近傍を下側から支持する支持部を有している、歪み抑制治具（請求項４）も含まれる。
これによれば、以下の効果（３）を奏することが可能となる。
（３）前記被処理製品がそのリング状部の中心側に軸部を一体に併有している形態であっても、前記熱処理に伴う熱的履歴に伴って、前記軸部が上記リング状部に対して軸方向に歪んで変位する事態を確実に防止できるか、少なくとも許容範囲内に容易に納めることが可能となる。
尚、前記軸部は、例えば、軸受け孔を中心部に有するボスである。
また、前記支持部は、例えば、前記リング状部の軸方向に沿った先尖形状（円錐形状または多角錘形状）を有する支持片、該支持片を軸方向に沿って昇降可能とした形態、あるいは、上記リング状部と同心円で且つ小径の円筒体である。

加えて、本発明には、前記円筒部の中空部に径方向に沿った複数の接続板を有し、かかる接続板同士が交差する中心側の交差部に、管端部に設けた複数の凹溝が係合する垂直管を介して、複数の歪み抑制治具をそれらの軸方向に沿って接続可能とされている、歪み抑制治具（請求項５）も含まれる。
これによれば、複数（ｎ）の前記歪み抑制治具を、これらの間ごとに両端の管端部が係合する複数（ｎ−１）あるいは１本の垂直管を係合して、軸方向に沿って接続でき、且つ通風性を有するため、前記効果（２）を一層効率良く得られる。
尚、前記複数の接続板は、平面視で円筒部の内周面から中空部の中心側に延びた３つ以上の接続板であり、且つ中心部で前記交差部を形成すると共に、該接続板は、前記中空部内において熱媒体または冷媒体の流通を妨げない姿勢とされる。
更に、前記垂直管は、その両端に３箇所以上の軸方向に沿った凹溝を、切り欠き加工により点対称に形成したもので、前記凹溝ごとに前記交差部の近傍に位置する複数の接続板を個別に挿入することによって、前記係合を可能としている。

本発明による一形態の熱処理方法に用いられる熱処理炉を示す概略図。 （Ａ）は一形態の被処理製品と一形態の歪み抑制治具と支持手段のラックとを示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の垂直断面図、（Ｃ）は前記３者を所定の形態にセットした状態を示す垂直断面図。 （Ａ）は異なる被処理製品と異なる形態の歪み抑制治具とを示す斜視図、（Ｂ）は前記２者を含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。 （Ａ）は更に異なる被処理製品と更に異なる形態の歪み抑制治具とを示す斜視図、（Ｂ）は前記２者を含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。 （Ａ），（Ｂ）は別形態の被処理製品と前記と同じか別形態の歪み抑制治具とを含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。 （Ａ），（Ｂ）は図５の被処理製品と別異な形態の歪み抑制治具とを含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。 （Ａ）は２つの歪み抑制治具とこれらを接続する垂直管とを示す斜視図、（Ｂ）は前記２者を含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。 （Ａ），（Ｂ）は２つの異なる歪み抑制治具と前記垂直管と含む前記同様のセット状態を示す垂直断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の熱処理方法に用いられる浸炭熱処理炉１を示す概略図である。
上記浸炭熱処理炉１は、図１に示すように、断熱材（図示せず）が敷設された床面Ｂ上に、図示の左側から右側に向かって、断熱材からなる側壁と天井板とからなる加熱室２、浸炭室３、および冷却室４を直線状に配置し、且つ外部との開口部および各室２〜４間を断熱ドアｄにより開閉可能とされている。上記加熱室２内にはヒータｈが配設され、浸炭室３内にはヒータｈと浸炭性ガスの導入管３ａの吐出側とが配設されていると共に、冷却室４内の天井側には複数の冷却ファンｆが個別に配設され、窒素などの冷却用ガスを下向きに送風可能としている。
上記加熱室２、浸炭室３、および冷却室４内には、横移動可能なキャスターｃが前記断熱ドアｄを開閉することにより、順送りに挿入される。前記キャスターｃは、上下に複数段の通気性（通気構造）を有するラック（支持手段）５を水平状の姿勢で併有しており、各ラック５の表面上には、次述する歪み抑制治具１０ａを介して歯車（被処理製品）Ｗ１が複数個ずつ載置されている。

図２（Ａ）に示すように、前記ラック５は、耐熱性の金属（例えば、ステンレス鋼やＮｉ基合金）からなり、縦横方向に沿った格子形状を呈し、多数の通気孔６を有している。該通気孔６は、熱風（熱媒体）や冷風（冷媒）の通気路となる。
また、被処理製品である前記歯車Ｗ１は、機械構造用鋼などからなり、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、リング状部８と、その外周側に等間隔で形成された複数の歯７と、前記リング状部８の内周面における軸方向の中間から中心側に突出した円環形状の凸条９とを備えている。該凸条９は、上記リング状部８の一部であり、その上側および下側に軸方向に沿った周面９ａ，９ｂが位置している。
更に、歪み抑制治具１０ａは、前記同様の耐熱性の金属からなり、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記ラック５の表面上に載置され、且つ内側に中空部１３を有する円筒部１２と、該円筒部１２および中空部１３の上端同士の間に位置する円周面１１とを有している。該円周面１１は、円筒部１２および中空部１３の軸方向と直交する単一の平面からなる。尚、次述するように、上記円周面１１に隣接する上記円筒部１２の外周面は、前記歯車Ｗ１の径方向に沿った歪みを抑制する規制部Ｋとなる。

図２（Ｃ）に示すように、前記ラック５の表面上に、前記歪み抑制治具１０ａをその軸方向を垂直姿勢として載置し、該歪み抑制治具１０ａの円周面１１の上に、前記歯車Ｗ１の凸条９の下面を乗せるセッティングを行う。この際、上記歪み抑制治具１０ａの規制部Ｋと、上記歯車Ｗ１の凸条９における下側の周面９ｂとの間には、所定の隙間ｓが全周に沿って設定される。
上記隙間ｓは、前記リング状部８の径方向に沿った歪みを抑制し、且つ歯車Ｗ１が円筒部１２の規制部Ｋにいわゆる焼き嵌め状態となって密嵌される事態を防ぐ目的で配置される。例えば、前記周面９ｂの内径が１０３ｍｍの場合、上記円筒部１２および規制部Ｋの外径は１０１ｍｍに設定されているので、上記隙間ｓは、１ｍｍ（前記周面９ｂの内径の約１％）となる。

図２（Ｃ）に示すセット状態で、前記キャリアｃにおける複数段のラック５上に、複数の前記歪み抑制治具１０ａを介して個別に載置された複数の前記歯車Ｗ１を、前記浸炭熱処理炉１の加熱室２内で所定の温度域まで所定の加熱速度で加熱し、前記浸炭室３内で加熱および保持しつつ所定の浸炭処理を行った後、前記冷却室４内で前記ファンｆによる窒素ガス（不活性ガス）の冷風を吹き付けられ常温付近まで冷却する浸炭熱処理（熱処理）を行った。尚、上記浸炭処理時において、前記歯車Ｗ１における歯７ごとの歯面は、前記歪み抑制治具１０ａのリング状部８により遮られずに外部に露出していたので、所要の浸炭処理を施せた。
上記浸炭熱処理の過程において、複数の前記歯車Ｗ１は、加熱に伴う熱膨張、浸炭処理による歯７ごとの歯面の硬化、および冷却に伴う冷却収縮を受けている。

しかし、前記歯車Ｗ１は、そのリング状部８を前記ラック５の表面よりも上方に支持された状態で、該リング状部８を前記歪み抑制治具１０ａの単一の平面からなる円周面１１に下側から支持されることで、当該リング状部８の径方向に沿って生じ得た軸方向に沿った熱的変形を抑制されていた。同時に、上記リング状部８に生じ得た径方向に沿った熱的変形も、上記歪み抑制治具１０ａの円環形状の規制部Ｋに規制されることにより抑制されていた。更に、前記ラック５から熱伝達による前記歯車Ｗ１への熱的な影響も抑制されていた。従って、前記浸炭熱処理を行ったことにより、前記効果（１）が得られたと共に、前記歪み抑制治具１０ａを用いたことにより、前記（２）が得られたことが判明した。

図３（Ａ）は、異なる歯車Ｗ２と、これに用いる歪み抑制治具１０ｂとの斜視図である。前記歯車Ｗ２は、図３（Ａ）に示すように、垂直断面が長方形状のリング状部８と、該リング状部８の外周面に沿って形成された前記同様な複数の歯７とからなり、上記リング状部８は、軸方向が直線の内周面８ａを有している。
一方、上記歪み抑制治具１０ｂは、図３（Ａ）に示すように、比較的厚肉で且つ中空部１３を有する円筒部１２と、その上端に位置する前記同様の円周面１１と、該円周面１１に隣接する前記円筒部１２の外周側に沿って形成され、且つ単一の平面からなる円環形状の段部（円周面）１４とを備えている。尚、次述するように、前記段部１４の上側に隣接する円筒部１２の外周面が規制部Ｋとなる。

図３（Ｂ）の垂直断面図で示すように、前記歪み抑制治具１０ｂを前記ラック５の表面上に載置し、該歪み抑制治具１０ｂの段部１４上に、前記歯車Ｗ２のリング状部８における底面の内周面８ａ側を載置すると共に、該歯車Ｗ２の内周面８ａと、上記段部１４の上側に隣接する円筒部１２の外周面である規制部Ｋとの間に沿って、前記同様の隙間ｓが位置するようにセットした。
上記セット状態で、複数組の前記歯車Ｗ２および歪み抑制治具１０ｂをラック５上ごとに載置した前記キャリアｃを、前記浸炭熱処理炉１に装入し、前記同様の加熱、浸炭処理、および冷却からなる浸炭熱処理を行った。該処理過程において、上記歯車Ｗ２ごとのリング状部８は、前記歪み抑制治具１０ｂの単一の平面からなる段部１４により下側から支持され、且つ該リング状部８の内周面８ａは、前記隙間ｓを介して上記歪み抑制治具１０ｂの規制部Ｋに近接していた。
その結果、上記浸炭熱処理によって前記効果（１）が得られ、且つ上記歪み抑制治具１０ｂによって前記効果（２）が得られたことが判明した。

図４（Ａ）は、更に異なる形態の歪み抑制治具１０ｃの斜視図である。
上記歪み抑制治具１０ｃは、図４（Ａ）に示すように、比較的厚肉で且つ内側に中空部１３を有する円筒部１２と、その上端に位置する前記同様の円周面１１と、該円周面１１に隣接する前記円筒部１２の内周側に沿って形成され、且つ単一の平面からなる円環形状の段部（円周面）１５とを備えている。尚、次述するように、前記段部１５の上側に隣接する円筒部１２の内周面が規制部Ｋとなる。
図４（Ｂ）の垂直断面図で示すように、前記ラック５の表面上に前記歪み抑制治具１０ｃを載置し、その段部１５の外周側に内歯車（被処理製品）Ｗ３のリング状部８の底面における内周側を載置すると共に、前記リング状部８の外周面８ｂと、上記歪み抑制治具１０ｃの段部１５の上側に隣接する円筒部１２の内周面である規制部Ｋとの間に沿って、前記同様の隙間ｓが位置するようにセットした。

前記セット状態で、複数組の前記内歯車Ｗ３および歪み抑制治具１０ｃをラック５上に載置した前記キャリアｃを、前記浸炭熱処理炉１に装入して、前記同様の加熱、浸炭処理、および冷却からなる浸炭熱処理を行った。
上記浸炭熱処理の過程において、上記内歯車Ｗ３ごとのリング状部８は、前記歪み抑制治具１０ｃの単一の平面からなる段部１５により下側から支持され、且つ上記リング状部８の外周面８ｂは、前記隙間ｓを介して上記歪み抑制治具１０ｃの規制部Ｋに近接していた。
その結果、上記浸炭熱処理によっても前記効果（１）が得られ、且つ上記歪み抑制治具１０ｃによっても前記効果（２）が得られたことが判明した。

図５（Ａ）は、ラック５の表面上に前記歪み抑制治具１０ａを載置し、その円周面１１上に更に異なる歯車Ｗ４を載置してセットした状態の垂直断面図である。
上記歯車（被処理製品）Ｗ４は、図５（Ａ）に示すように、前記同様のリング状部８およびその外周面に位置する複数の歯７と、前記リング状部８の中心側に位置し且つ中心部を軸方向に沿って貫通する軸受孔１９を有する軸部２０と、該軸部２０と上記リング状部８との間を接続する円盤状のウェブ（接続壁）１８とを備えている。尚、該ウェブ１８には、平面視で複数の貫通孔１７が点対称に配設されている。
図示のように、ラック５の表面上に載置された上記歪み抑制治具１０ａの円周面１１上に、上記歯車Ｗ４をそのウェブ１８の下側面におけるリング状部８寄りの位置で支持するようにセットした状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
その結果、上記浸炭熱処理によっても前記効果（１）が得られ、且つ上記歯車Ｗ４を支持した上記歪み抑制治具１０ａによっても前記効果（２）が得られた。

図５（Ｂ）は、ラック５の表面上に別の歪み抑制治具１０ｄを載置し、その円周面１１上に前記歯車Ｗ４を載置してセットした状態を示す垂直断面図である。
上記歪み抑制治具１０ｄは、図５（Ｂ）に示すように、前記歪み抑制治具１０と同様の円周面１１および中空部１３を有する円筒部１２と、該円筒部１２の内周面から中空部１３の中心に向かって求心状の延びた複数の支持腕２１と、該複数の支持腕２１の先端側が交差し且つ中空部１３の中心側に位置する支持片（支持部）２２とを備えている。該支持片２２は、その上方側に円筒部１２の軸方向に沿って上向きの先尖形状（円錐形状）部を有している。
図示のように、ラック５の表面上に前記歪み抑制治具１０ｄを載置し、該歪み抑制治具１０ｄの円周面１１上に、前記歯車Ｗ４を前記と同様にセットした。

この際、図５（Ｂ）に示すように、前記歪み抑制治具１０ｄの支持片２２における前記先尖形状部は、上記歯車Ｗ４の前記軸部２０における軸受孔１９内の下側に進入し、且つ上記先尖形状部の外周面と前記軸受孔１９の開口部とが平面視で円形の接線により接触していた。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。かかる浸炭熱処理の過程において、前記と同様に前記リング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制されると共に、前記軸部２０が前記リング状部８に対して軸方向に歪んで変位する事態も確実に防止することができた。
従って、前記歯車Ｗ４を歪み抑制治具１０ｄと併せて行う前記浸炭熱処理および前記歪み抑制治具１０ｄによって、前記効果（１）〜（３）が得られた。
尚、前記支持片２２は、その上方側に位置する先尖形状部を別体とし、前記軸部２０の軸方向の長さに応じて、取り替え可能とした形態としても良い。

図６（Ａ）は、ラック５の表面上に別異な形態の歪み抑制治具１０ｅを載置し、その円周面１１上に前記歯車Ｗ４を載置してセット状態を示す垂直断面図である。
上記歪み抑制治具１０ｅは、図６（Ａ）に示すように、前記同様の円周面１１および中空部１３を有する円筒部１２と、複数の支持腕２１と、該複数の支持腕２１の中心側に固定されたナット体２３と、該ナット体２３の雌ネジ孔にネジ込まれたボルト２５と、該ボルト２５の上端に回転不能に配置され且つ上側に先尖形状部を有する支持片（支持部）２４と、を備えている。尚、前記ボルト２５の上端には、前記支持片２４の内部に位置する抜け止め片が取り付けられている。
図６（Ａ）に示すように、ラック５の表面上に前記歪み抑制治具１０ｅを載置し、該治具１０ｅの円周面１１上に、前記歯車Ｗ４を前記と同様にセットした。

この際、図示のように、前記歪み抑制治具１０ｅの支持片２４における先尖形状部は、上記歯車Ｗ４の前記軸部２０における軸受孔１９内の下側に進入し、且つ上記先尖形状部の外周面と前記軸受孔１９の開口部とが平面視が円形の接線によって接触していた。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
上記浸炭熱処理の過程においても、前記と同様に前記リング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制されると共に、前記軸部２２が前記リング状部８に対して軸方向に歪んで変位する事態も確実に防止することができた。
従って、前記歯車Ｗ４を、歪み抑制治具１０ｅを用いて行う前記浸炭熱処理および前記歪み抑制治具１０ｄによっても、前記効果（１）〜（３）が得られた。

図６（Ｂ）は、ラック５の表面上に更に別形態の歪み抑制治具１０ｆを載置し、その円周面１１上に前記歯車Ｗ４を載置してセット状態を示す垂直断面図である。
上記歪み抑制治具１０ｆは、図６（Ｂ）に示すように、前記同様の円周面１１および中空部１３を有する円筒部１２と、複数の支持腕２１と、該支持腕２１ごとの中心側に接続され且つ上記中空部１３の径方向における中間に位置する内円筒部（支持部）２６と、を備えている。該内円筒部２６は、円筒部１２と軸方向の長さがほぼ同じで且つ径寸法が小さく、上記円筒部１２と同心状に配設されていると共に、内側に細径の中空部２７を有している。
図６（Ｂ）に示すように、ラック５の表面上に前記歪み抑制治具１０ｆを載置し、該治具１０ｆの円周面１１および内円筒部２６の上端面の上に、前記歯車Ｗ４を前記同様にセットした。尚、該上端面も、単一の水平面（平面）からなる。

この際、図示のように、前記歪み抑制治具１０ｆの内円筒部２６における上端面は、上記歯車Ｗ４の前記軸部２０の下側部分を包囲しつつ前記ウェブ１８の下側面の中心側と、平面視で円環形の接触面によって接触していた。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
上記浸炭熱処理の過程においても、前記と同様に前記リング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制されると共に、前記軸部２２が前記リング状部８に対して軸方向に歪んで変位する事態も確実に防止することができた。
従って、前記歯車Ｗ４を歪み抑制治具１０ｆと併せて行う前記浸炭熱処理および前記歪み抑制治具１０ｄによっても、前記効果（１）〜（３）が得られた。

図７（Ａ）は、上下一対（複数）の歪み抑制治具１０ｇと、これらを軸（垂直）方向に沿って接続する垂直管３０とを示す斜視図である。
上記歪み抑制治具１０ｇは、図７（Ａ）に示すように、前記歪み抑制治具１０ａと同様の円筒部１２、円周面１１、規制部Ｋ、および中空部１３を有すると共に、該中空部１３には、円筒部１２から中心側に延びた複数の接続板２８と、これらの中心部に位置し且つ平面視で十字形状を呈する交差部２９とを有している。
一方、上記垂直管３０は、前記同様の耐熱鋼などからなり、比較的細径の管本体３１と、該管本体３１の両管端ごとに軸方向に沿って対称に形成され、且つ平面視の円周方向に沿って互いに９０度ずつずれた４つの凹溝３３，３４と、隣接する凹溝３３，３４同士間ごとに位置する円弧辺３５と、を有している。

図７（Ｂ）の垂直断面図で示すように、ラック５の表面上に最下段となる前記歪み抑制治具１０ｇを載置し、当該治具１０ｇの交差部２９付近における接続板２８ごとに、前記垂直管３０の下端側における各凹溝３３を個別に差し込んで係合すると共に、該垂直管３０の上端側における各凹溝３４に２段目となる前記歪み抑制治具１０ｇの交差部２９付近の接続板２８を個別に差し込んで係合するこにより、上下一対の歪み抑制治具１０ｇを上記垂直管３０を介して軸（垂直）方向に沿って接続することができる。尚、かかる接続作業を繰り返すことで、３つ以上の歪み抑制治具１０ｇを軸方向に沿って接続することも可能である。

図７（Ｂ）に示すように、歪み抑制治具１０ｇごとの円周面１１上に前記歯車Ｗ１の凸条９の底面を支持すると共に、上記治具１０ｇごとの円筒部１２における外周面の円周面１１に隣接する規制部Ｋと、前記歯車Ｗ１ごとにおける下側の周面９ｂと、を隙間ｓを挟んで近接するようにセットする。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
その結果、上記浸炭熱処理の過程においても、前記と同様に前記歯車Ｗ１ごとのリング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制することができた。
尚、前記記歪み抑制治具１０ｇの接続板２８と前記垂直管３０の各管端ごとの凹溝３３，３４は、少なくとも３つずつ以上であれば、互いに点対称に配設した形態に限らず、例えば、平面視がＴ字形状の交差部２９を形成する形態としても良い。

図８（Ａ）は、上下一対（複数）の歪み抑制治具１０ｈと、これらを軸（垂直）方向に沿って接続する前記垂直管３０と、上記治具１０ｈごとに前記歯車Ｗ２を載置したセット状態を示す垂直断面図である。
上記歪み抑制治具１０ｈは、図８（Ａ）に示すように、前記歪み抑制治具１０ｂと同様の円筒部１２、円周面１１、中空部１３、外周側の段部１４、および規制部Ｋを有し、且つ前記中空部１３内に前記同様である複数の接続板２８および交差部２９を有している。
図８（Ａ）に示すように、ラック５の表面上に、上・下段となる歪み抑制治具１０ｈ同士を垂直管３０を介して前記同様に接続した組物を載置すると共に、前記歪み抑制治具１０ｈごとの段部（円周面）１４上に前記歯車Ｗ２ごとのリング状部８の底面を支持すると共に、該リング状部８ごとの内周面８ａと、上記治具１０ｈごとの規制部Ｋとを隙間ｓを挟んで近接するようにセットした。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
その結果、上記浸炭熱処理の過程においても、前記と同様に前記歯車Ｗ２ごとのリング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制することができた。

図８（Ｂ）は、上下一対（複数）の歪み抑制治具１０ｉと、これらを軸（垂直）方向に沿って接続する垂直管３０と、上記治具１０ｉごとに前記内歯車Ｗ３を載置したセット状態を示す垂直断面図である。
上記歪み抑制治具１０ｉは、図８（Ｂ）に示すように、前記歪み抑制治具１０ｃと同様の円筒部１２、円周面１１、中空部１３、内周側の段部１５、および規制部Ｋを有し、更に外周側が幅狭の複数の接続板２８ａと交差部２９とを有する。

図８（Ｂ）に示すように、前記ラック５の表面上に、上・下段となる歪み抑制治具１０ｉ同士を垂直管３０を介して前記同様に接続した組物を載置すると共に、前記歪み抑制治具１０ｉごとの段部（円周面）１５上に前記内歯車Ｗ３ごとのリング状部８の底面を支持し、且つリング状部８ごとの外周面８ｂと上記治具１０ｉごとの規制部Ｋとが隙間ｓを挟んで近接するようにセットした。かかるセット状態で、前記と同じ浸炭熱処理を行った。
その結果、上記浸炭熱処理の過程においても、前記と同様に前記内歯車Ｗ３ごとのリング状部８の径方向および軸方向の歪みが抑制することができた。
以上のような歯車Ｗ１，Ｗ２、内歯車Ｗ３の何れか１つを、前記歪み抑制治具１０ｇ〜１０ｉの何れか１つを用いて行う前記浸炭熱処理、および上記歪み抑制治具１０ｇ〜１０ｉによっても、前記効果（１）、（２）が得られた。

例えば、本発明の熱処理は、前記浸炭熱処理に限らず、焼入れ、焼戻し、焼なまし、焼ならし、窒化処理、溶体化処理、あるいはこれらの何れか２つ以上を組み合わせた処理としても良い。
また、前記歪み抑制治具１０ａ〜１０ｃ，１０ｇ〜１０ｉは、例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、超硬などのセラミック製としても良い。
更に、前記歪み抑制治具１０ｄ〜１０ｆは、前記円筒部１２側や内円筒部２６をセラミック製とし、且つその中空部１３の内側に位置する支持腕２１や支持片２２，２４など金属製とし、両素材を適宜連結した形態としても良い。

また、前記歪み抑制治具１０ｇ〜１０ｉは、前記交差部２９に替えて、前記ナット体２３を複数の前記接続板２８により支持し、上・下段の上記治具１０ｇ〜１０ｉごとの前記ナット体２３同士を、両端に同じ向きまたは逆向きの雄ネジを刻設した垂直姿勢のボルト（棒または管）を介して接続する形態にしても良い。
加えて、前記支持手段は、前記ラック５に限らず、比較的厚肉の金属板をプレスなどによる打ち抜き加工した多孔金属板、あるいは前記同様の金属板に千鳥状に多数のスリットを穿設した後、前記スリットごとの長辺と直交する平面方向に沿って引っ張って拡大したエキスパンドメタル板としても良い。

本発明によれば、鋼製などの歯車のような複雑で精緻な形状および寸法が求められ且つリング状部を有する被処理製品を、歪みを確実に抑制して熱処理できる熱処理方法、およびこれに用いる歪み抑制治具を確実に提供することができる。

５…………………ラック（支持手段）
８…………………リング状部
１０ａ〜１０ｉ…歪み抑制治具
１１………………円周面
１２………………円筒部
１４，１５………段部（円周面）
２２，２４………支持片（支持部）
２６………………内円筒部（支持部）
２８，２８ａ……接続板
２９………………交差部
３０………………垂直管
３３，３４………凹溝
Ｗ１〜Ｗ４………歯車／内歯車（被処理製品）
Ｋ…………………規制部

Claims (5)

1. 金属製で且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を熱処理するための熱処理方法であって、
   上記リング状部の軸方向が垂直方向に沿った上記被処理製品を、該被処理製品を支持する支持手段の表面よりも上方に配置し、当該被処理製品の上記リング状部に生じ得る軸方向および径方向に沿った熱的変形を、前記リング状部の径方向に沿った単一の平面からなる円周面と、前記リング状部の軸方向に沿った円環形状の規制部とによって抑制する、
   ことを特徴とする熱処理方法。
2. 金属製で且つ少なくともリング状部を有する被処理製品を熱処理する際に、該熱処理によって生じ得る歪みを抑制するための歪み抑制治具であって、
   上記被処理製品を支持する支持手段の表面に載置される円筒部と、該円筒部の上端または該上端付近に位置し且つ上記被処理製品のリング状部を下側から支持して、該リング状部の軸方向に沿った熱的変形を抑制する単一の平面からなる円周面と、上記リング状部の径方向に沿った熱的変形を抑制する円環形状の規制部と、を備えている、
   ことを特徴とする歪み抑制治具。
3. 前記規制部は、前記円周面に隣接する前記円筒部の外周面または内周面であるか、あるいは、上記円周面に隣接する上記円筒部の外周側または内周側に沿った段部を有し、且つ該段部に隣接する上記円筒部の軸方向に沿った外周面または内周面である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の歪み抑制治具。
4. 前記円筒部の中空部における中心側に、前記被処理製品のリング状部の中心側に位置する軸部あるいはその近傍を下側から支持する支持部を有している、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の歪み抑制治具。
5. 前記円筒部の中空部に径方向に沿った複数の接続板を有し、かかる接続板同士が交差する中心側の交差部に、管端部に設けた複数の凹溝が係合する垂直管を介して、複数の歪み抑制治具をそれらの軸方向に沿って接続可能とされている、
   ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の歪み抑制治具。

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